(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒内燃機関の排気通路に配置された触媒と、
前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記触媒温度の検出値に基づき気筒間空燃比ばらつき異常を検出する異常検出手段と、
を備え、
前記異常検出手段は、前記触媒温度の検出値に基づき温度パラメータを算出すると共に、前記内燃機関の冷間始動時から所定時間経過した時点での前記温度パラメータの値に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する
ことを特徴とする多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項２】
前記触媒の劣化度に関する触媒劣化パラメータを計測する計測手段をさらに備え、
前記異常検出手段は、前記所定時間経過時点での温度パラメータの値を所定の異常判定値と比較して気筒間空燃比ばらつき異常を検出すると共に、前記所定時間経過時点での温度パラメータの値または前記異常判定値を、計測された前記触媒劣化パラメータの値に応じて補正する
ことを特徴とする請求項１に記載の多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項３】
前記内燃機関の冷間始動時から前記所定時間が経過するまでの間に前記触媒に供給された排気ガスの平均空燃比を計測する平均空燃比計測手段をさらに備え、
前記異常検出手段は、前記所定時間経過時点での温度パラメータの値を所定の異常判定値と比較して気筒間空燃比ばらつき異常を検出すると共に、前記所定時間経過時点での温度パラメータの値または前記異常判定値を、計測された前記平均空燃比の値に応じて補正する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項４】
前記異常検出手段により気筒間空燃比ばらつき異常が検出されたとき、その後のアクティブ空燃比制御を禁止する禁止手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項５】
前記異常検出手段により気筒間空燃比ばらつき異常が検出されたとき、気筒毎に燃料噴射量を強制的に増量または減量すると共に、このときの前記触媒温度の検出値の変化に基づき異常気筒を特定する異常気筒特定手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項６】
燃料のアルコール濃度を検出または推定するアルコール濃度取得手段をさらに備え、
前記異常検出手段は、前記所定時間経過時点での温度パラメータの値を所定の異常判定値と比較して気筒間空燃比ばらつき異常を検出すると共に、前記所定時間経過時点での温度パラメータの値または前記異常判定値を、検出または推定されたアルコール濃度の値に応じて補正する
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項７】
多気筒内燃機関の排気通路に配置された触媒と、
前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記触媒温度の検出値に基づき気筒間空燃比ばらつき異常を検出する異常検出手段と、
を備え、
前記異常検出手段は、前記内燃機関の冷間始動時から所定時間経過した時点での前記触媒温度の検出値に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する
ことを特徴とする多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項８】
前記異常検出手段は、前記内燃機関の冷間始動時から所定時間経過した時点での前記触媒温度の検出値とその初期値との差に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する
ことを特徴とする請求項７に記載の多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
【請求項９】
前記異常検出手段は、前記内燃機関の冷間始動時から所定時間経過した時点までの間の、前記触媒温度の検出値とその初期値との差の積算値に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する
ことを特徴とする請求項７に記載の多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多気筒内燃機関の気筒間空燃比のばらつき異常を検出するための装置に係り、特に、多気筒内燃機関において気筒間の空燃比が比較的大きくばらついていることを検出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、触媒を利用した排気浄化システムを備える内燃機関では、排気中有害成分の触媒による浄化を高効率で行うため、内燃機関で燃焼される混合気の空気と燃料との混合割合、すなわち空燃比のコントロールが欠かせない。こうした空燃比の制御を行うため、内燃機関の排気通路に空燃比センサを設け、これによって検出された空燃比を所定の目標空燃比に一致させるようフィードバック制御を実施している。
【０００３】
一方、多気筒内燃機関においては、通常全気筒に対し同一の制御量を用いて空燃比制御を行うため、空燃比制御を実行したとしても実際の空燃比が気筒間でばらつくことがある。このときばらつきの程度が小さければ、空燃比フィードバック制御で吸収可能であり、また触媒でも排気中有害成分を浄化処理可能なので、排気エミッションに影響を与えず、特に問題とならない。
【０００４】
しかし、例えば一部の気筒の燃料噴射系が故障するなどして、気筒間の空燃比が大きくばらつくと、排気エミッションを悪化させてしまい、問題となる。このような排気エミッションを悪化させる程の大きな空燃比ばらつきは異常として検出するのが望ましい。特に自動車用内燃機関の場合、排気エミッションの悪化した車両の走行を未然に防止するため、気筒間空燃比ばらつき異常を車載状態（オンボード）で検出することが要請されており、最近ではこれを法規制化する動きもある。
【０００５】
例えば特許文献１に記載の装置では、気筒間空燃比のばらつき度合いと触媒温度との間の相関関係を利用して気筒間空燃比ばらつき異常を検出するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２５７２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、本発明者らは、鋭意研究の結果、触媒温度を利用した気筒間空燃比ばらつき異常検出において、検出精度をより向上できる方策を見出した。
【０００８】
そこで本発明は、触媒温度を利用したより精度の高い気筒間空燃比ばらつき異常検出が可能な多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一の態様によれば、
多気筒内燃機関の排気通路に配置された触媒と、
前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記触媒温度の検出値に基づき気筒間空燃比ばらつき異常を検出する異常検出手段と、
を備え、
前記異常検出手段は、前記触媒温度の検出値に基づき温度パラメータを算出すると共に、前記内燃機関の冷間始動時から所定時間経過した時点での前記温度パラメータの値に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する
ことを特徴とする多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置が提供される。
【００１０】
内燃機関の冷間始動時では、触媒温度が外気温付近に安定している。そのため、内燃機関の冷間始動時から所定時間経過した時点での温度パラメータの値に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出することで、触媒温度ひいては温度パラメータの初期条件を検出時毎に揃えることができ、検出精度をより向上することが可能となる。
【００１１】
好ましくは、前記装置は、前記触媒の劣化度に関する触媒劣化パラメータを計測する計測手段をさらに備え、
前記異常検出手段は、前記所定時間経過時点での温度パラメータの値を所定の異常判定値と比較して気筒間空燃比ばらつき異常を検出すると共に、前記所定時間経過時点での温度パラメータの値または前記異常判定値を、計測された前記触媒劣化パラメータの値に応じて補正する。
【００１２】
好ましくは、前記装置は、前記内燃機関の冷間始動時から前記所定時間が経過するまでの間に前記触媒に供給された排気ガスの平均空燃比を計測する平均空燃比計測手段をさらに備え、
前記異常検出手段は、前記所定時間経過時点での温度パラメータの値を所定の異常判定値と比較して気筒間空燃比ばらつき異常を検出すると共に、前記所定時間経過時点での温度パラメータの値または前記異常判定値を、計測された前記平均空燃比の値に応じて補正する。
【００１３】
好ましくは、前記装置は、前記異常検出手段により気筒間空燃比ばらつき異常が検出されたとき、その後のアクティブ空燃比制御を禁止する禁止手段をさらに備える。
【００１４】
好ましくは、前記装置は、前記異常検出手段により気筒間空燃比ばらつき異常が検出されたとき、気筒毎に燃料噴射量を強制的に増量または減量すると共に、このときの前記触媒温度の検出値の変化に基づき異常気筒を特定する異常気筒特定手段をさらに備える。
【００１５】
好ましくは、前記装置は、燃料のアルコール濃度を検出または推定するアルコール濃度取得手段をさらに備え、
前記異常検出手段は、前記所定時間経過時点での温度パラメータの値を所定の異常判定値と比較して気筒間空燃比ばらつき異常を検出すると共に、前記所定時間経過時点での温度パラメータの値または前記異常判定値を、検出または推定されたアルコール濃度の値に応じて補正する。
【００１６】
本発明の他の態様によれば、
多気筒内燃機関の排気通路に配置された触媒と、
前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記触媒温度の検出値に基づき気筒間空燃比ばらつき異常を検出する異常検出手段と、
を備え、
前記異常検出手段は、前記内燃機関の冷間始動時から所定時間経過した時点での前記触媒温度の検出値に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する
ことを特徴とする多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置が提供される。
【００１７】
好ましくは、前記異常検出手段は、前記内燃機関の冷間始動時から所定時間経過した時点での前記触媒温度の検出値とその初期値との差に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する。
【００１８】
好ましくは、前記異常検出手段は、前記内燃機関の冷間始動時から所定時間経過した時点までの間の、前記触媒温度の検出値とその初期値との差の積算値に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、触媒温度を利用したより精度の高い気筒間空燃比ばらつき異常検出を可能にするという、優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の概略図である。
【図２】触媒前センサおよび触媒後センサの出力特性を示すグラフである。
【図３】気筒間空燃比ばらつき度合いに応じた排気空燃比の変動を示すグラフである。
【図４】インバランス割合と触媒温度との関係を示すグラフである。
【図５】内燃機関の冷間始動後の触媒温度の推移を示すタイムチャートである。
【図６】触媒劣化度に応じた補正を説明するための図５に類似のタイムチャートである。
【図７】酸素吸蔵容量の計測方法を説明するためのタイムチャートである。
【図８】平均空燃比に応じた補正を説明するための図５に類似のタイムチャートである。
【図９】気筒間空燃比ばらつき異常検出のためのルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】酸素吸蔵容量と補正係数の関係を予め規定したマップを示す図である。
【図１１】平均空燃比と補正係数の関係を予め規定したマップを示す図である。
【図１２】異常気筒特定の原理を説明するための図である。
【図１３】異常気筒特定のためのルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】内燃機関の冷間始動後にＦＦＶを走行させたときの各値の推移を示すタイムチャートである。
【図１５】アルコール濃度に応じた補正を説明するための図５に類似のタイムチャートである。
【図１６】アルコール濃度補正を行う場合に好適な内燃機関の概略図である。
【図１７】アルコール濃度補正を伴う気筒間空燃比ばらつき異常検出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】アルコール濃度と補正係数の関係を予め規定したマップを示す図である。
【図１９】触媒温度推定ルーチンを示すフローチャートである。
【図２０】暖機終了後の気筒間空燃比ばらつき異常検出ルーチンを示すフローチャートである。
【図２１】アルコール濃度と補正係数の関係を予め規定したマップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態に係る内燃機関の概略図である。図示されるように、内燃機関（エンジン）１は、シリンダブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストンを往復移動させることにより動力を発生する。本実施形態の内燃機関１は自動車に搭載された多気筒内燃機関であり、より具体的には並列４気筒の火花点火式内燃機関即ちガソリンエンジンである。但し本発明が適用可能な内燃機関はこのようなものに限られず、多気筒内燃機関であれば気筒数、形式等は特に限定されない。
【００２３】
図示しないが、内燃機関１のシリンダヘッドには吸気ポートを開閉する吸気弁と、排気ポートを開閉する排気弁とが気筒ごとに配設されており、各吸気弁および各排気弁はカムシャフトによって開閉させられる。シリンダヘッドの頂部には、燃焼室３内の混合気に点火するための点火プラグ７が気筒ごとに取り付けられている。
【００２４】
各気筒の吸気ポートは気筒毎の枝管４を介して吸気集合室であるサージタンク８に接続されている。サージタンク８の上流側には吸気管１３が接続されており、吸気管１３の上流端にはエアクリーナ９が設けられている。そして吸気管１３には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ５と、電子制御式のスロットルバルブ１０とが組み込まれている。吸気ポート、枝管、サージタンク８及び吸気管１３により吸気通路が形成される。
【００２５】
吸気通路、特に吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）１２が気筒ごとに配設される。インジェクタ１２から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁の開弁時に燃焼室３に吸入され、ピストンで圧縮され、点火プラグ７で点火燃焼させられる。
【００２６】
一方、各気筒の排気ポートは排気マニフォールド１４に接続される。排気マニフォールド１４は、その上流部をなす気筒毎の枝管１４ａと、その下流部をなす排気集合部１４ｂとからなる。排気集合部１４ｂの下流側には排気管６が接続されている。排気ポート、排気マニフォールド１４及び排気管６により排気通路が形成される。
【００２７】
排気管６の上流側と下流側にはそれぞれ三元触媒からなる触媒、すなわち上流触媒１１と下流触媒１９が直列に取り付けられている。上流触媒１１の上流側及び下流側にそれぞれ排気ガスの空燃比を検出するための第１及び第２の空燃比センサ、即ち触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８が設置されている。これら触媒前センサ１７及び触媒後センサ１８は、上流触媒１１の直前及び直後の位置の排気通路に設置され、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出する。このように上流触媒１１の上流側の排気合流部に単一の触媒前センサ１７が設置されている。上流触媒１１が本発明にいう「触媒」に該当する。
【００２８】
上述の点火プラグ７、スロットルバルブ１０及びインジェクタ１２等は、制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。またＥＣＵ２０には、図示されるように、前述のエアフローメータ５、触媒前センサ１７、触媒後センサ１８のほか、内燃機関１のクランク角を検出するクランク角センサ１６、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１５、上流触媒１１の温度（床温）を検出する温度センサ２１、内燃機関１の冷却水の温度を検出する水温センサ２２、その他の各種センサが図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、スロットルバルブ１０、インジェクタ１２等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。なおスロットル開度は通常アクセル開度に応じた開度に制御される。
【００２９】
触媒前センサ１７は所謂広域空燃比センサからなり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能である。図２に触媒前センサ１７の出力特性を示す。図示するように、触媒前センサ１７は、検出した排気空燃比（触媒前空燃比Ａ／Ｆｆ）に比例した大きさの電圧信号Ｖｆを出力する。排気空燃比がストイキ（理論空燃比、例えばＡ／Ｆ＝１４．５）であるときの出力電圧はＶｒｅｆｆ（例えば約３．３Ｖ）である。
【００３０】
他方、触媒後センサ１８は所謂Ｏ2センサからなり、ストイキを境に出力値が急変する特性を持つ。図２に触媒後センサ１８の出力特性を示す。図示するように、排気空燃比（触媒後空燃比Ａ／Ｆｒ）がストイキであるときの出力電圧、すなわちストイキ相当値はＶｒｅｆｒ（例えば０．４５Ｖ）である。排気空燃比がストイキよりリーンのとき、触媒後センサの出力電圧はストイキ相当値Ｖｒｅｆｒより低くなり、排気空燃比がストイキよりリッチのとき、触媒後センサの出力電圧はストイキ相当値Ｖｒｅｆｒより高くなる。
【００３１】
上流触媒１１及び下流触媒１９は、それぞれに流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆがストイキ近傍のときに排気中の有害成分であるＮＯｘ ，ＨＣおよびＣＯを同時に浄化する。この三者を同時に高効率で浄化できる空燃比の幅（ウィンドウ）は比較的狭い。
【００３２】
上流触媒１１に流入する排気ガスの空燃比がストイキ近傍に制御されるように、空燃比制御がＥＣＵ２０により実行される。この空燃比制御は、触媒前センサ１７によって検出された排気空燃比を所定の目標空燃比であるストイキに一致させるような主空燃比制御（主空燃比フィードバック制御）と、触媒後センサ１８によって検出された排気空燃比をストイキに一致させるような補助空燃比制御（補助空燃比フィードバック制御）とからなる。
【００３３】
図１に戻って、温度センサ２１は、その温度検出部（素子部）が上流触媒１１に挿入されて触媒床温を直接検出するようになっている。その温度検出部の位置については基本的には任意であるが、本実施形態では後述する理由から、上流触媒１１の流路長Ｌの中間位置Ｌ／２よりも上流側（前側）とされている。
【００３４】
さて、例えば全気筒のうちの一部の気筒のインジェクタ１２が故障し、気筒間に空燃比のばらつき（インバランス：imbalance）が発生したとする。例えば＃１気筒が他の＃２、＃３及び＃４気筒よりも燃料噴射量が多くなり、その空燃比が大きくリッチ側にずれる場合等である。このときでも前述の主空燃比フィードバック制御により比較的大きな補正量を与えれば、触媒前センサ１７に供給されるトータルガスの空燃比をストイキに制御できる場合がある。しかし、気筒別に見ると、＃１気筒がストイキより大きくリッチ、＃２、＃３及び＃４気筒がストイキよりリーンであり、全体のバランスとしてストイキとなっているに過ぎず、エミッション上好ましくないことは明らかである。そこで本実施形態では、かかる気筒間空燃比ばらつき異常を検出する装置が装備されている。
【００３５】
図３に示すように、気筒間空燃比ばらつきが発生すると、１エンジンサイクル間（＝７２０°ＣＡ）での排気空燃比の変動が大きくなる。（Ｂ）の空燃比線図ａ，ｂ，ｃはそれぞればらつき無し、１気筒のみ２０％のインバランス割合でリッチずれ、及び１気筒のみ５０％のインバランス割合でリッチずれの場合の触媒前空燃比Ａ／Ｆｆの検出値を示す。見られるように、ばらつきの程度が大きくなるほど、ストイキを中心とした空燃比変動の振幅が大きくなる。
【００３６】
ここでインバランス割合（％）とは、気筒間空燃比のばらつき度合いに関するパラメータである。即ち、インバランス割合とは、全気筒のうちある１気筒のみが燃料噴射量ズレを起こしている場合に、その燃料噴射量ズレを起こしている気筒（インバランス気筒）の燃料噴射量がどれくらいの割合で、燃料噴射量ズレを起こしていない気筒（バランス気筒）の燃料噴射量即ち基準噴射量からズレているかを示す値である。インバランス割合をＩＢ、インバランス気筒の燃料噴射量をＱｉｂ、バランス気筒の燃料噴射量即ち基準噴射量をＱｓとすると、ＩＢ＝（Ｑｉｂ−Ｑｓ）／Ｑｓで表される。インバランス割合ＩＢが大きいほど、インバランス気筒のバランス気筒に対する燃料噴射量ズレが大きく、空燃比ばらつき度合いは大きい。
【００３７】
［気筒間空燃比ばらつき異常検出］
ところで、気筒間空燃比ばらつきが発生し、図３に示したような１エンジンサイクル間における排気空燃比の変動が生じると、上流触媒１１において短い周期で酸化還元反応が繰り返され、上流触媒１１の活性が促進される。その結果、気筒間空燃比ばらつきが無いときに比べ、上流触媒１１の温度が上昇する。ここで上流触媒１１（下流触媒１９も同様）は酸素吸蔵能（Ｏ2ストレージ能）を有し、供給された排気ガスの空燃比がストイキよりリーンのときに排気ガス中の過剰酸素を吸着保持する一方、供給された排気ガスの空燃比がストイキよりリッチのときには吸着保持していた酸素を放出する。このときの酸素吸着が酸化反応、酸素放出が還元反応である。図３に示したように、気筒間空燃比ばらつきが発生すると上流触媒１１に供給される排気ガスの空燃比が１エンジンサイクル間でリーン、リッチと変化するので、その度に酸化還元反応が行われ、上流触媒１１の温度が上昇する。
【００３８】
図４にはインバランス割合（％）と上流触媒１１の触媒温度（℃）との関係を示す。図中の三角及び菱形は、内燃機関１を搭載した車両がそれぞれ１２０ｋｍ／ｈ及び６０ｋｍ／ｈで定速走行したときのデータである。見られるように、インバランス割合（％）が０％からずれるほど、即ち空燃比ばらつき度合いが大きくなるほど、触媒温度は上昇する傾向にある。
【００３９】
本実施形態では、かかる気筒間空燃比ばらつき度合い（インバランス割合）と触媒温度との間の相関関係に着目し、温度センサ２１による触媒温度の検出値（「検出触媒温度」という）に基づき気筒間空燃比ばらつき異常の有無を判定し、当該異常を検出する。
【００４０】
特に、本実施形態の特徴は、検出触媒温度に基づき温度パラメータを算出すると共に、内燃機関１の冷間始動時から所定時間経過した時点での温度パラメータの値に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する点にある。
【００４１】
図５に、内燃機関１の冷間始動時以降の触媒温度（検出触媒温度）の推移を示す。時刻ｔ１が内燃機関１の冷間始動時である。始動後、触媒温度は徐々に上昇するが、このとき気筒間空燃比ばらつき度合いが大きいほど（すなわちインバランス割合ＩＢが大きいほど）、触媒温度の上昇速度は速くなる。その理由は前述したように気筒間空燃比ばらつき度合いが大きいほど、触媒内でより活発に酸化還元反応が繰り返され、触媒の活性が促進されるからである。
【００４２】
よって、最も単純な例では、内燃機関１の冷間始動時ｔ１から所定時間経過した時点ｔ２において、検出触媒温度Ｔｃを、異常判定値である所定の判定温度Ｔｘと比較することにより、気筒間空燃比ばらつき異常の有無を判定することができる。この場合、検出触媒温度Ｔｃそのものが温度パラメータとされ、検出触媒温度Ｔｃに等しい値が温度パラメータとして算出される。
【００４３】
図示例では、五つの線図ａ〜ｅのうち、時刻ｔ２で判定温度Ｔｘを下回る線図ａ〜ｃについては、気筒間空燃比ばらつき異常無しと判定される。触媒温度の上昇速度が比較的遅く、気筒間空燃比ばらつき度合いが小さいと判断し得るからである。他方、時刻ｔ２で判定温度Ｔｘ以上となっている線図ｄ，ｅについては、気筒間空燃比ばらつき異常有りと判定される。触媒温度の上昇速度が比較的早く、気筒間空燃比ばらつき度合いが大きいと判断し得るからである。
【００４４】
この方法は、特に冷間始動時からの触媒温度を考慮する点に特徴がある。冷間始動時では、触媒温度が外気温付近に安定しているため、触媒温度の初期条件を検出時毎に揃えることができるからである。従って気筒間空燃比ばらつき異常の検出精度を向上することが可能となる。
【００４５】
ここで、「冷間始動時」とは、直近の内燃機関停止時から所定時間以上経過しており（内燃機関がもはや暖機状態になく）、且つ、水温、油温等の内燃機関１の代表温度が所定値以下にあるときに内燃機関１が始動された時をいう。ここでいう代表温度の所定値は、所定の常温（例えば２０℃）より若干高い値に設定することができる。この「冷間始動」に対し、内燃機関の暖機状態での始動が「温間始動」である。「冷間始動」をコールドスタート、「温間始動」をホットスタートということもある。
【００４６】
異常検出の代替例として次のものも可能である。すなわち、図５に示すように、検出触媒温度Ｔｃとその初期値Ｔｃｉとの差ΔＴｃを温度パラメータとして算出する。また前記判定温度Ｔｘと初期値Ｔｃｉとの差ΔＴｘを、温度パラメータΔＴｃと比較すべき異常判定値とする。冷間始動時ｔ１から所定時間経過した時点ｔ２において、温度パラメータΔＴｃが異常判定値ΔＴｘより小さければ気筒間空燃比ばらつき異常無しと判定し、温度パラメータΔＴｃが異常判定値ΔＴｘ以上であれば気筒間空燃比ばらつき異常有りと判定する。これによっても線図ａ〜ｅに関して同様の結果が得られる。
【００４７】
なお、上流触媒１１においては、その上流端（前端）から供給ガスを受けるので、その上流端から下流側（後側）に向けて徐々に温度変化するようになる。よって上流触媒１１の温度変化を即座に検知すべく、温度センサ２１の温度検出部は、本実施形態の如く上流触媒１１の流路長Ｌの中間位置Ｌ／２よりも上流側に位置されるのが好ましく、より言えばできるだけ上流側に位置されるのが好ましい。
【００４８】
［触媒劣化度に応じた補正］
ところで、触媒は劣化するほど反応部位が少なくなり、触媒温度は低下する傾向にある。そのため、先の冷間始動時からの触媒温度上昇速度も、触媒が劣化するほど遅くなる傾向にある。また冷間始動時から所定時間経過した時点における触媒温度自体も、触媒が劣化するほど低下する傾向にある。
【００４９】
これを図示したのが図６である。図６は図５に類似のタイムチャートである。実線が劣化度の小さい触媒（小劣化触媒）の場合を示し、破線が劣化度の大きい触媒（大劣化触媒）の場合を示す。図示するように、大劣化触媒の場合には、小劣化触媒の場合に比べて触媒温度上昇速度が遅く、所定時間以上経過時点ｔ２における触媒温度も低い。つまり大劣化触媒の温度特性は小劣化触媒の温度特性から矢印ａのように低温側に変化する。
【００５０】
このように、触媒の劣化度を考慮しないと、検出精度を低下させる可能性があり、また実際には気筒間空燃比ばらつき異常が有るのにそれを無いと誤検出してしまう可能性がある。
【００５１】
そこで本実施形態では、触媒の劣化度に関する触媒劣化パラメータを計測する。そして、所定時間経過時点での温度パラメータの値または異常判定値を、計測された触媒劣化パラメータの値に応じて補正する。これにより、触媒劣化度の影響を排除して検出精度をより向上することが可能となる。
【００５２】
温度パラメータの値を補正する場合、図６の矢印ｂで示すように、温度パラメータの値を高温側に補正する。また異常判定値を補正する場合、図６の矢印ｃで示すように、異常判定値を低温側に補正する。
【００５３】
ここで、触媒劣化パラメータとしては様々なものが採用可能であるが、本実施形態では触媒の酸素吸蔵容量ＯＳＣを採用する。以下、触媒の酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測方法について説明する。
【００５４】
本実施形態の上流触媒１１および下流触媒１９は、前述したように酸素吸蔵能を有する。一方、触媒が熱ストレスを受けて経時劣化すると、触媒の酸素吸蔵能が低下する。触媒の劣化度と酸素吸蔵能の低下度との間には相関関係がある。そこで本実施形態では、現状の触媒が吸蔵し得る最大酸素量である酸素吸蔵容量（ＯＳＣ；O2 Storage Capacity、単位はｇ）を、触媒劣化パラメータとして計測する。
【００５５】
計測に際しては、混合気の空燃比ひいては触媒前空燃比Ａ／Ｆｆを、ストイキを中心にリッチ及びリーンに交互に振るアクティブ空燃比制御を実行する。
【００５６】
図７において、（Ａ）は目標空燃比Ａ／Ｆｔ（破線）と、触媒前センサ１７で検出された触媒前空燃比Ａ／Ｆｆ（実線）とを示す。また（Ｂ）は触媒後センサ出力Ｖｒを示す。（Ｃ）は触媒１１から放出された酸素量即ち放出酸素量ＯＳＡａの積算値を示し、（Ｄ）は触媒に吸蔵された酸素量即ち吸蔵酸素量ＯＳＡｂの積算値を示す。
【００５７】
図示するように、アクティブ空燃比制御の実行により、触媒に流入する排気ガスの空燃比は所定のタイミングで強制的にリーン及びリッチに交互に切り替えられる。例えば時刻ｔ１より前では目標空燃比Ａ／Ｆｔがストイキよりリーン（例えば１５．０）に設定され、触媒１１にはリーンガスが流入されている。このとき触媒１１は酸素を吸収し続け、排気中のＮＯｘを還元して浄化するが、飽和状態即ち満杯まで酸素を吸収した時点でそれ以上酸素を吸収できなくなり、リーンガスが触媒１１を通り抜けて触媒１１の下流側に流れ出す。こうなると触媒後センサ１８の出力がリーン側に反転し、触媒後センサ１８の出力がストイキ相当値Ｖｒｅｆｒに達する（時刻ｔ１）。この時点で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがストイキよりリッチ（例えば１４．０）に切り替えられる。
【００５８】
そして今度は触媒１１にリッチガスが流入される。このとき触媒１１では、それまで吸蔵していた酸素を放出し続け、排気中のリッチ成分（ＨＣ，ＣＯ）を酸化して浄化するが、やがて触媒１１から全ての吸蔵酸素が放出され尽くすとその時点で酸素を放出できなくなり、リッチガスが触媒１１を通り抜けて触媒１１の下流側に流れ出す。こうなると触媒後空燃比がリッチ側に変化し、触媒後センサ１８の出力がストイキ相当値Ｖｒｅｆｒに達する（時刻ｔ２）。この時点で、目標空燃比Ａ／Ｆｔがリーン空燃比に切り替えられる。このようにして、空燃比のリッチ・リーンへの切替えが繰り返し実行される。
【００５９】
（Ｃ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２の放出サイクルでは、極短い所定周期毎の放出酸素量ＯＳＡａが順次積算されていく。より詳しくは、触媒前センサ１７の出力がストイキ相当値に達した時刻ｔ１１から、触媒後センサ１８の出力がリーン側に反転した（Ｖｒｅｆｒに達した）時刻ｔ２まで、１演算周期毎の放出酸素量ｄＯＳＡ（ｄＯＳＡａ）が次式（１）により計算され、この１演算周期毎の値が周期毎に積算されていく。こうして１放出サイクルで得られた最終的な積算値が、触媒の酸素吸蔵容量に相当する放出酸素量ＯＳＡａの計測値となる。
【００６０】
【数１】
0005402903.tif 000002
【００６１】
Ｑは燃料噴射量であり、Ａ／Ｆｓはストイキである。空燃比差ΔＡ／Ｆに燃料噴射量Ｑを乗じると過剰又は不足分の空気量を計算できる。Ｋは空気に含まれる酸素割合（約０．２３）である。
【００６２】
時刻ｔ２〜ｔ３の吸蔵サイクルでも同様に、（Ｄ）に示すように、触媒前センサ１７の出力がストイキ相当値に達した時刻ｔ２１から、触媒後センサ１８の出力がリッチ側に反転した（Ｖｒｅｆｒに達した）時刻ｔ３まで、１演算周期毎の吸蔵酸素量ｄＯＳＡ（ｄＯＳＡｂ）が前式（１）により計算され、この１演算周期毎の値が周期毎に積算されていく。こうして１吸蔵サイクルで得られた最終的な積算値が、触媒の酸素吸蔵容量に相当する吸蔵酸素量ＯＳＡｂの計測値となる。こうして放出サイクルと吸蔵サイクルを繰り返すことにより、複数ずつの放出酸素量ＯＳＡａと吸蔵酸素量ＯＳＡｂとが計測、取得される。
【００６３】
触媒が新品に近いほど、触媒が酸素を放出或いは吸蔵し続けることのできる時間が長くなり、大きな放出酸素量ＯＳＡａ或いは吸蔵酸素量ＯＳＡｂの計測値が得られる。また、原理上は、触媒が放出できる酸素量と吸蔵できる酸素量とが等しいので、放出酸素量ＯＳＡａの計測値と吸蔵酸素量ＯＳＡｂの計測値もほぼ等しい。
【００６４】
相隣接する一対の放出サイクルと吸蔵サイクルとで計測された放出酸素量ＯＳＡａと吸蔵酸素量ＯＳＡｂとの平均値が求められ、これが１吸放出サイクルに係る１単位の酸素吸蔵容量の計測値とされる。そして複数の吸放出サイクルについて複数単位の酸素吸蔵容量計測値が求められ、その平均値が最終的な酸素吸蔵容量ＯＳＣの計測値として算出される。
【００６５】
なお、触媒劣化パラメータとしては、酸素吸蔵容量ＯＳＣ以外にも、例えばアクティブ空燃比制御時の触媒後センサ１８の出力軌跡長或いは出力面積等が採用可能である。アクティブ空燃比制御時、触媒劣化度が大きいほど触媒後センサ１８の出力変動が大きくなるので、この特性を利用したものである。
【００６６】
［平均空燃比に応じた補正］
ところで、触媒に供給される排気ガスの空燃比がリーンであるほど、触媒温度は高くなる傾向にある。そのため、冷間始動時から所定時間経過時までの触媒温度上昇速度も、当該期間中の排気ガスの平均空燃比がリーンであるほど速くなる傾向にある。また冷間始動時から所定時間経過した時点における触媒温度自体も、排気ガスの平均空燃比がリーンであるほど上昇する傾向にある。
【００６７】
これを図示したのが図８である。図８は図５に類似のタイムチャートである。実線が、平均空燃比がストイキの場合を示し、破線が、平均空燃比がストイキよりリーンの場合を示す。図示するように、リーンの場合には、ストイキの場合に比べて触媒温度上昇速度が速く、所定時間経過時ｔ２における触媒温度も高い。つまりリーンの場合の温度特性はストイキの場合の温度特性から矢印ａのように高温側に変化する。
【００６８】
このように、排気ガスの平均空燃比を考慮しないと、検出精度を低下させる可能性があり、また実際には気筒間空燃比ばらつき異常が無いのにそれを有ると誤検出してしまう可能性がある。
【００６９】
そこで本実施形態では、内燃機関の冷間始動時ｔ１から所定時間経過時ｔ２までの間に上流触媒１１に供給された排気ガスの平均空燃比を計測する。そして、所定時間経過時点での温度パラメータの値または異常判定値を、計測された平均空燃比の値に応じて補正する。これにより、排気空燃比の影響を排除して検出精度をより向上することが可能となる。
【００７０】
平均空燃比がストイキよりリーンのときに温度パラメータの値を補正する場合、図８の矢印ｂで示すように、温度パラメータの値を低温側に補正する。また異常判定値を補正する場合、図８の矢印ｃで示すように、異常判定値を高温側に補正する。
【００７１】
平均空燃比の計測方法については様々な方法があるが、最も単純には、冷間始動時ｔ１から所定時間経過時ｔ２までの間に触媒前センサ１７で検出された空燃比を単純に平均化する方法を採用できる。一方、気筒間空燃比のばらつき度合いが大きいほど、排気中の水素の影響で、触媒前センサ１７の検出空燃比が真の値からリッチ側にずれるという特性がある。そこでこの特性を考慮し、本実施形態では、水素影響の無い触媒後センサ１８の検出空燃比も加味して、上流触媒１１に供給される排気ガスの空燃比を推定し、この推定空燃比を平均化して平均空燃比を計測する。
【００７２】
上流触媒１１に供給される排気ガス中に水素が存在していても、この水素は、上流触媒１１を通過するときに上流触媒１１によって酸化され、浄化されてしまう。よって触媒後センサ１８の検出空燃比は、水素影響によるリッチずれの無い、真の値を示していると考えられる。そこで触媒前センサ１７の検出空燃比と触媒後センサ１８の検出空燃比とに基づき、上流触媒１１への供給ガスの空燃比を推定することで、より正確に平均空燃比を計測することが可能となる。
【００７３】
例えば、推定空燃比Ａ／Ｆｅを次式（２）により逐次的に算出することが可能である。ここでＡ／Ｆｆは触媒前センサ出力Ｖｆから換算された触媒前空燃比Ａ／Ｆｆ、Ａ／Ｆｒは触媒後センサ出力Ｖｒから換算された触媒後空燃比Ａ／Ｆｒ、αは０＜α＜１を満たす所定の重み係数である。
【００７４】
【数２】
0005402903.tif 000003
【００７５】
或いは、別法として、触媒後センサ１８の検出空燃比に基づく補助空燃比補正量を、触媒前センサ１７の検出空燃比に加味する方法もある。補助空燃比フィードバック制御においては、触媒後センサ出力Ｖｒとそのストイキ相当値Ｖｒｅｆｒとの差が逐次的に所定期間積算される。そしてその積算値に基づき補助空燃比補正量が算出される。そこで補助空燃比補正量を加味しても、推定空燃比Ａ／Ｆｅを精度良く求めることができる。
【００７６】
［異常検出後のアクティブ空燃比制御禁止］
ところで、気筒間空燃比ばらつき異常が検出された後（すなわち気筒間空燃比ばらつき異常有りと判定された後）、空燃比を強制的に増減するアクティブ空燃比制御を実行すると、触媒における酸化還元反応がより活発化し、触媒温度をさらに上昇させ、触媒の劣化や故障を促進する可能性がある。
【００７７】
そこで本実施形態では、気筒間空燃比ばらつき異常が検出された後にはアクティブ空燃比制御を禁止する。こうすることで、触媒の劣化や故障を抑制することが可能となる。
【００７８】
ここでいうアクティブ空燃比制御には、前述の酸素吸蔵容量計測時に行われるアクティブ空燃比制御のほか、触媒前センサ１７および触媒後センサ１８の少なくとも一方の異常診断時に行われるアクティブ空燃比制御などが含まれる。またアクティブ空燃比制御には、フューエルカットから復帰した後に空燃比を強制的にリッチ化するリッチ制御が含まれる。比較的短時間のうちにフューエルカットとリッチ制御が繰り返し行われても、触媒の酸化還元反応の繰り返しによる触媒温度上昇につながるので、かかるリッチ制御も禁止対象に含めるようにしている。
【００７９】
［気筒間空燃比ばらつき異常検出ルーチン］
次に、図９を用いて、気筒間空燃比ばらつき異常検出ルーチンについて説明する。このルーチンはＥＣＵ２０により所定の演算周期毎に繰り返し実行される。
【００８０】
まずステップＳ１０１では、異常検出を行うのに適した所定の前提条件が成立しているか否かが判断される。この前提条件は、内燃機関１が冷間始動された場合に成立する。例えば、前述したように、直近の内燃機関停止時から所定時間以上経過しており、且つ、水温センサ２２で検出された水温が所定値以下であるという条件下で、内燃機関１が始動された場合に、前提条件成立となる。
【００８１】
前提条件が成立していない場合にはルーチンが終了される。他方、前提条件が成立している場合には、ステップＳ１０２において、触媒温度差ΔＴｃが積算される。ここでは、触媒温度差の積算値すなわち積算触媒温度差ΣΔＴｃが「温度パラメータ」として使用される。積算触媒温度差ΣΔＴｃを温度パラメータとして使用することにより、触媒温度上昇過程での上昇の仕方も考慮することができ、検出精度向上に有利である。
【００８２】
触媒温度差ΔＴｃとは、図５を参照して説明したように、また図６にも示すように、検出触媒温度Ｔｃとその初期値Ｔｃｉとの差であり、ΔＴｃ＝Ｔｃ−Ｔｃｉから求められる値である。初期値Ｔｃｉは、ステップＳ１０１で初めて前提条件が成立した時の検出触媒温度Ｔｃの値である。
【００８３】
図６に示すように、触媒温度差ΔＴｃは演算周期τ毎に算出および積算される。今回値をｎ、前回値をｎ−１で表すと、今回の演算タイミングで算出される触媒温度差の積算値ΣΔＴｃnは次式（３）の通りである。
【００８４】
【数３】
0005402903.tif 000004
【００８５】
次いでステップＳ１０３において、エアフローメータ５により算出された吸入空気量Ｇａと、前述のように推定される推定空燃比Ａ／Ｆｅとが積算される。ここでは、吸入空気量の積算値すなわち積算吸入空気量ΣＧａが所定値Ｘ以上に達した時点が、「内燃機関の冷間始動時から所定時間経過した時点」とされる。このように所定時間が経過したか否かを積算吸入空気量ΣＧａに基づき判断することにより、触媒温度上昇過程での負荷状態を考慮することができ、検出精度向上に有利である。
【００８６】
次のステップＳ１０４では、積算吸入空気量ΣＧａが所定値Ｘ以上に達したか否かが判断される。達していなければルーチンが終了され、達していればステップＳ１０５に進む。
【００８７】
ステップＳ１０５では、触媒温度差ΔＴｃ、吸入空気量Ｇａおよび推定空燃比Ａ／Ｆｅの積算が終了される。そしてその時点での積算触媒温度差ΣΔＴｃの値が、計測された酸素吸蔵容量ＯＳＣの値と、推定空燃比Ａ／Ｆｅの積算値をサンプル数で除して得られる平均空燃比Ａ／Ｆａｖの値とにより、補正される。
【００８８】
酸素吸蔵容量ＯＳＣとしては過去に計測された直近の値が用いられる。そして図１０に示すような予めＥＣＵ２０に記憶されたマップから、酸素吸蔵容量ＯＳＣに対応した補正係数Ｋ１が求められる。補正係数Ｋ１は積算触媒温度差ΣΔＴｃに乗じられる補正値である。図から分かるように、酸素吸蔵容量ＯＳＣが少ないほど補正係数Ｋ１が大きくなり、積算触媒温度差ΣΔＴｃがより大きな値に補正される。これは前述したように、触媒劣化度が大きいほど触媒温度の上昇速度が遅くなるのでこれを補償するためである。図示例では、新品触媒の場合にＯＳＣ＝１（ｇ）、Ｋ１＝１．０とされ、触媒が新品状態から劣化してＯＳＣの値が小さくなるにつれ、Ｋ１が１．０から大きくなるようにされている。
【００８９】
また、図１１に示すような予めＥＣＵ２０に記憶されたマップから、平均空燃比Ａ／Ｆａｖに対応した補正係数Ｋ２が求められる。補正係数Ｋ２も積算触媒温度差ΣΔＴｃに乗じられる補正値である。図から分かるように、平均空燃比Ａ／Ｆａｖがリーン側であるほど補正係数Ｋ２が小さくなり、積算触媒温度差ΣΔＴｃがより小さな値に補正される。これは前述したように、触媒に供給される排気ガスの空燃比がリーンであるほど触媒温度の上昇速度が速くなるのでこれを補償するためである。図示例では、平均空燃比Ａ／Ｆａｖがストイキ＝１４．５のときにＫ２＝１．０とされ、平均空燃比Ａ／Ｆａｖがストイキからリーン側にずれるほどＫ２の値が小さくなり、平均空燃比Ａ／Ｆａｖがストイキからリッチ側にずれるほどＫ２の値が大きくなるようにされている。
【００９０】
こうして補正係数Ｋ１，Ｋ２が求められたら、次式（４）により、補正後の積算触媒温度差ΣΔＴｃ’が算出される。
【００９１】
【数４】
0005402903.tif 000005
【００９２】
次に、ステップＳ１０６において、補正後の積算触媒温度差ΣΔＴｃ’が所定の異常判定値Ｙと比較される。
【００９３】
補正後の積算触媒温度差ΣΔＴｃ’が異常判定値Ｙより小さい場合、ステップＳ１０９に進んで、気筒間空燃比ばらつき異常無しすなわち正常と判定され、ルーチンが終了される。
【００９４】
他方、補正後の積算触媒温度差ΣΔＴｃ’が異常判定値Ｙ以上であるときは、ステップＳ１０７に進んで、気筒間空燃比ばらつき異常有りすなわち異常と判定される。この場合には、ステップＳ１０８に進んで以降のアクティブ空燃比制御が禁止され、ルーチンが終了される。なおステップＳ１０７において、異常判定と同時に、異常の事実をユーザに知らせるべくチェックランプ等の警告装置を起動させるのが好ましい。
【００９５】
以上の例は、温度パラメータとしての積算触媒温度差ΣΔＴｃを、酸素吸蔵容量ＯＳＣと平均空燃比Ａ／Ｆａｖとの両方により補正する例である。しかしながら、一方のみにより補正する例や、補正を行わない例も可能である。また前述したように、異常判定値Ｙを、酸素吸蔵容量ＯＳＣと平均空燃比Ａ／Ｆａｖの少なくとも一方により補正する例も可能である。
【００９６】
［異常気筒特定］
ところで、気筒間空燃比ばらつき異常が検出された場合、そのばらつき異常の原因となっている気筒（異常気筒）を特定するのが好ましい。異常気筒を特定できれば後の修理（例えばインジェクタの交換等）を迅速、的確に行えるからである。そこで本実施形態では異常気筒を特定する手段が設けられている。この異常気筒特定手段は、気筒間空燃比ばらつき異常が検出されたとき、気筒毎に燃料噴射量を強制的に増量または減量すると共に、このときの検出触媒温度の変化に基づき異常気筒を特定するものである。以下に異常気筒特定の原理を図１２を用いて詳しく説明する。
【００９７】
例えば図１２（Ａ）に示すように、＃１気筒が異常であって＃１気筒の燃料噴射量がストイキ相当量に対し４０％の割合で多くなっており（即ちインバランス割合が＋４０％）、他の＃２，＃３，＃４気筒では燃料噴射量がストイキ相当量となっている（即ちインバランス割合が０％）場合を想定する。このとき、主・補助空燃比制御をある程度の時間実行すると、やがて図１２（Ｂ）に示すように、トータルとしての燃料噴射量がストイキ相当量になるように＃１気筒では＋３０％のインバランス割合、他の＃２，＃３，＃４気筒ではそれぞれ−１０％のインバランス割合となる。このときにもやはり各気筒でストイキ相当量に対し＋または−の噴射量ずれが生じている。よって１エンジンサイクル間で触媒の酸化還元反応が起こり、全気筒で噴射量ずれが生じていない場合に比べ触媒温度は高くなる。
【００９８】
この図１２（Ｂ）の状態から、例えば図１２（Ｃ）に示すように、＃１気筒の燃料噴射量をストイキ相当量の４０％だけ強制的に減量する。こうすると＃１気筒はー１０％のインバランス割合となり、他の＃２，＃３，＃４気筒のインバランス割合と等しくなる。
【００９９】
この状態から、＃１気筒の燃料噴射量減量状態を維持しつつ、主・補助空燃比制御をある程度の時間実行すると、やがて図１２（Ｄ）に示すように、各気筒の燃料噴射量が＋１０％ずつ補正され、各気筒の燃料噴射量がストイキ相当量になる（即ち各気筒のインバランス割合は０％）。よって触媒温度は全気筒で噴射量ずれが生じていないときのレベルにまで低下する。このことから、燃料噴射量を強制的に減量したときに触媒温度が所定値以上低下した気筒は異常気筒であると特定することができる。
【０１００】
一方、図１２（Ｂ）の状態から、例えば図１２（Ｅ）に示すように、正常な＃２気筒において燃料噴射量をストイキ相当量の４０％だけ強制的に減量したとする。こうすると各気筒のインバランス割合は＃１気筒では変わらず＋３０％、＃２気筒では−５０％、＃３，＃４気筒では変わらずー１０％となる。
【０１０１】
この状態から、＃２気筒の燃料噴射量減量状態を維持しつつ、主・補助空燃比制御をある程度の時間実行すると、やがて図１２（Ｆ）に示すように、トータルの燃料噴射量がストイキ相当量となるように＃１気筒では＋４０％、＃２気筒では−４０％、＃３，＃４気筒では０％となる。この場合にも、１エンジンサイクル間で触媒の酸化還元反応が起こり、全気筒で噴射量ずれが生じていない場合に比べ触媒温度は高くなる。このことから、燃料噴射量を強制的に減量したときに触媒温度が所定値以上低下しなかった気筒は異常気筒ではなく、正常気筒であると特定することができる。
【０１０２】
図示しないが、逆のパターンで、例えば図１２（Ａ）の例のうち＃１気筒のみが異常でその燃料噴射量が−４０％少なくなっている（即ちインバランス割合が−４０％）場合を想定する。すると、気筒毎に燃料噴射量を強制的に増量した場合に、触媒温度が所定値以上低下した気筒は異常気筒であり、触媒温度が所定値以上低下しなかった気筒は正常気筒であると特定することができる。
【０１０３】
以下、図１３を用いて、上記の原理に従う異常気筒特定ルーチンについて説明する。このルーチンもＥＣＵ２０により所定の演算周期毎に繰り返し実行される。このルーチンは、目標空燃比をストイキとする主・補助空燃比制御（ストイキＦ／Ｂ制御）の実行中に実行される。
【０１０４】
先ずステップＳ２０１では、気筒間空燃比ばらつき異常が検出されたか否か、すなわち図９のステップＳ１０７における異常判定がなされたか否かが判断される。
【０１０５】
ばらつき異常が検出されてない場合にはルーチンが終了される。他方、ばらつき異常が検出された場合には、ステップＳ２０２において、所定の前提条件が成立しているか否かが判断される。ここでは、別途計測されるアイドル運転継続時間が所定時間以上に達しているときに前提条件成立となる。すなわち、ここでの異常気筒特定はエンジンのアイドル運転中に実行される。
【０１０６】
前提条件が成立してない場合にはルーチンが終了される。他方、前提条件が成立している場合には、ステップＳ２０３において、減量終了フラグがオンとなっているか否かが判断される。減量終了フラグは、後の説明で理解されるように、全気筒に対する燃料噴射量の強制減量が終了したときにオンされ、それ以外の場合はオフされるフラグである。
【０１０７】
減量終了フラグがオンとなっていない場合には、ステップＳ２０４に進んで気筒毎の燃料噴射量強制減量が行われる。他方、減量終了フラグがオンとなっている場合には、ステップＳ２１３に進んで気筒毎の燃料噴射量強制増量が行われる。ここでは先に減量を実行し、次いで増量を実行するようにしている。
【０１０８】
まず減量から説明すると、ステップＳ２０４では、＃ｊ気筒の燃料噴射量Ｑが強制的に所定量減量される。ｊは気筒番号を表し（ｊ＝１，２，３，４）、その初期値は１である。例えばストイキ相当量としての基本噴射量ＱｂのＨ1％（例えばＨ1＝２０）だけ、燃料噴射量Ｑが強制的に減量される。言い換えれば、基本噴射量Ｑｂの値が、そのＨ1％だけ減量された値Ｑｂ×（１−Ｈ1／１００）に置き換えられる。
【０１０９】
次にステップＳ２０５では、前記ステップＳ１０２と同様、触媒温度差ΔＴｃ1jが積算される。触媒温度差ΔＴｃ1jはΔＴｃ1j＝Ｔｃ−Ｔｃｉから求められ、初期値Ｔｃｉは、＃ｊ気筒に対し強制減量を開始した時の検出触媒温度Ｔｃの値である。ここで、異常気筒に対し強制減量を行うと触媒温度は徐々に低下していくため、触媒温度差ΔＴｃ1jとしては負の値が得られることになる。よって前式（３）で得られる積算触媒温度差ΣΔＴｃ1jnもマイナス方向に徐々に大きくなっていく。
【０１１０】
次いでステップＳ２０６において、エアフローメータ５により検出された吸入空気量Ｇａが積算され、ステップＳ２０７において、積算吸入空気量ΣＧａが所定値Ｘ以上に達したか否かが判断される。達していなければルーチンが終了され、達していればステップＳ２０８に進む。
【０１１１】
ステップＳ２０８においては、触媒温度差ΔＴｃ1jと吸入空気量Ｇａの積算が終了されると共に、触媒温度差ΔＴｃ1jの最終的な積算値である積算触媒温度差ΣΔＴｃ1jの値が、ＥＣＵ２０に記憶される。
【０１１２】
このように、減量開始から所定時間（積算吸入空気量ΣＧａが所定値Ｘ以上に達するまでの時間）を経過した時に積算触媒温度差ΣΔＴｃ1jを取得するようにしているが、これは、例えば図１２（Ｃ）の状態から図１２（Ｄ）の状態に変化するのを待つため、即ち減量開始時の状態からストイキＦ／Ｂ制御により燃料噴射量が補正された状態に変化するのを待つためである。さらには触媒温度が補正後の状態に対応した温度になるのを待つためである。
【０１１３】
次いでステップＳ２０９において、気筒番号ｊが気筒数を表すＮ（本実施形態では４）に達したか否かが判断される。ｊ＝ＮでないときはステップＳ２１０に進んでｊの値が１だけ増加され（ｊ＝ｊ＋１）、ルーチンが終えられる。
【０１１４】
他方、ｊ＝Ｎであるときは、ステップＳ２１１に進んで減量終了フラグがオンされ、ステップＳ２１２においてｊの値が初期値１に戻され、ルーチンが終えられる。
【０１１５】
こうなるとステップＳ２０３の判定結果はイエスとなるから、今度は燃料噴射量の増量ルーチンが実行される。その内容は減量ルーチンとほぼ同様である。
【０１１６】
ステップＳ２１３では、＃ｊ気筒の燃料噴射量Ｑが強制的に所定量増量される。例えばストイキ相当量としての基本噴射量ＱｂのＨ2％（例えばＨ2＝４０）だけ、燃料噴射量Ｑが強制的に増量される。言い換えれば、基本噴射量Ｑｂの値が、そのＨ2％だけ増量された値Ｑｂ×（１＋Ｈ2／１００）に置き換えられる。
【０１１７】
増量割合Ｈ2は減量割合Ｈ1より大きくされ、逆にいうと減量割合Ｈ1は増量割合Ｈ2より小さくされている。減量側は増量側より小さいインバランスで失火してしまう虞があるためである。
【０１１８】
次にステップＳ２１４では、触媒温度差ΔＴｃ2jが積算される。燃料噴射量増量時においても、異常気筒については積算触媒温度差ΣΔＴｃ2jnがマイナス方向に徐々に大きくなっていく。
【０１１９】
次いでステップＳ２１５において検出吸入空気量Ｇａが積算され、ステップＳ２１６において積算吸入空気量ΣＧａが所定値Ｘ以上に達したか否かが判断される。達していなければルーチンが終了され、達していればステップＳ２１７に進む。
【０１２０】
ステップＳ２１７においては、触媒温度差ΔＴｃ2jと吸入空気量Ｇａの積算が終了されると共に、触媒温度差ΔＴｃ2jの最終積算値である積算触媒温度差ΣΔＴｃ2jの値が、ＥＣＵ２０に記憶される。
【０１２１】
次いでステップＳ２２１８において、気筒番号ｊがＮに達したか否かが判断される。ｊ＝ＮでないときはステップＳ２１９に進んでｊの値が１だけ増加され、ルーチンが終えられる。
【０１２２】
他方、ｊ＝Ｎであるときは、ステップＳ２２０に進んで異常気筒が特定される。具体的には、記憶された気筒毎の積算触媒温度差ΣΔＴｃ1j，ΣΔＴｃ2jの値が順次、所定の閾値Ｚ12と比較される。ここでの閾値Ｚ12はマイナスの値である。そしてΣΔＴｃ1j＜Ｚ12またはΣΔＴｃ2j＜Ｚ12が成立している気筒を検索し、当該成立気筒を異常気筒と特定する。この異常気筒特定と同時に、後の修理等のため、その異常気筒の気筒番号がＥＣＵ２０に記憶される。こうしてルーチンが終了される。
【０１２３】
なお、代替的に、減量時の積算触媒温度差ΣΔＴｃ1jと増量時の積算触媒温度差ΣΔＴｃ2jとを、それぞれに対応する異なる閾値と比較して、異常気筒を特定してもよい。また、より単純に、減量または増量開始時の触媒温度と、所定時間経過後の触媒温度との差を、所定の閾値と比較して異常気筒を特定してもよい。減量と増量のいずれか一方のみを行うようにしてもよい。
【０１２４】
［アルコール濃度に応じた補正］
ところで近年では、ガソリン燃料に加えて、代替燃料としてのアルコールを同時に使用可能な内燃機関（バイフューエルエンジン）が実用化されている。この内燃機関を搭載した自動車（ＦＦＶ; Flexible Fuel Vehicle）では、ガソリンは勿論のこと、アルコールとガソリンとの混合燃料、またはアルコールのみで走行が可能なようになっている。
【０１２５】
前述の如く、内燃機関の冷間始動時から所定時間経過した時点での温度パラメータの値に基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出する場合、アルコールを含む燃料（以下、アルコール燃料という）の場合だと、アルコールを含まない燃料（以下、ガソリン燃料という）の場合に比べ、所定時間経過時点での温度パラメータの値が変化することが判明した。
【０１２６】
これを図示したのが図１４である。図１４は、エンジンの冷間始動後にＦＦＶを走行させたときの（Ａ）車速、（Ｂ）水温、（Ｃ）触媒温度の推移をそれぞれ示す。時刻ｔ０がエンジンが冷間始動された時点である。（Ｃ）において実線がガソリン燃料（Ｅ０）の場合を示し、破線がアルコール燃料の場合を示す。特に、アルコール燃料としてはエタノールが８５％混入されたガソリンとアルコールとの混合燃料（Ｅ８５）が使用されている。
【０１２７】
時刻ｔ０から数１０秒程度経過した時点である時刻ｔ１が、本実施形態において温度パラメータの値を取得するのに好ましいタイミングである。つまり本実施形態は、エンジンの冷間始動直後の所定期間ｔ０〜ｔ１内における触媒温度の昇温度合いに基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出するものである。この所定期間ｔ０〜ｔ１に着目すると、（Ｃ）に示すように、アルコール燃料の場合はガソリン燃料の場合に比べ、排気温度および触媒温度の上昇速度が速い。これは両燃料の気化特性や燃焼速度の相違によるものと考えられる。
【０１２８】
燃料としてアルコールとガソリンとをそれぞれ単独でまたは混合して使用可能な内燃機関、あるいはこの内燃機関を搭載した車両すなわちＦＦＶの場合、燃料のアルコール濃度の相違を考慮しないと誤判定や誤検出を実施してしまう可能性がある。そこでここでは、燃料のアルコール濃度に応じた補正を行い、燃料のアルコール濃度の相違に起因する誤判定や誤検出を未然に防止するようにしている。そしてバイフューエルエンジンやＦＦＶであっても正確な検出を行えるようにしている。
【０１２９】
アルコール濃度補正の概要については、概ね、前述の平均空燃比に応じた補正に類似している。すなわち、燃料のアルコール濃度が高いほど、冷間始動時から所定時間経過した時点における触媒温度自体が高くなり、その時点までの触媒温度上昇速度も速くなる傾向にある。図１５は、図８における「ストイキ」を「ガソリン燃料」と置き換え、図８における「リーン」を「アルコール燃料」と置き換えた図である。図示するように、アルコール燃料の温度特性はガソリン燃料の温度特性から矢印ａのように高温側に変化する。
【０１３０】
内燃機関の冷間始動時ｔ１から所定時間経過した時点ｔ２における温度パラメータの値または異常判定値を、検出または推定された燃料のアルコール濃度の値に応じて補正する。アルコール濃度が０％より大きいときに温度パラメータの値を補正する場合、図１５の矢印ｂで示すように、温度パラメータの値を低温側に補正する。また異常判定値を補正する場合、図１５の矢印ｃで示すように、異常判定値を高温側に補正する。
【０１３１】
アルコール濃度補正を行う場合に好適な内燃機関の構成を図１６に示す。この構成は図１に示した構成と大略同様であり、同一の構成要素には図中同一符号を付して説明を省略する。以下、相違部分を中心に説明する。
【０１３２】
各気筒のインジェクタ１２に燃料を供給する共通のデリバリパイプ３０は、燃料配管３１を介して燃料タンク３２に接続されている。燃料配管３１には、デリバリパイプ３０に燃料タンク３２内の燃料を供給するための燃料ポンプ３３と、燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度センサ３４とが設けられている。燃料タンク３２には、燃料タンク３２内の燃料残量を検知するための燃料残量センサ３５（例えばセンダーゲージ）が設けられている。燃料ポンプ３３、アルコール濃度センサ３４および燃料残量センサ３５はそれぞれＥＣＵ２０に電気的に接続されている。
【０１３３】
アルコール濃度センサ３４としては、燃料の誘電率に基づいてアルコール濃度を検出する静電容量式のもの、あるいは燃料中の光の屈折率に基づいてアルコール濃度を検出する光学式のものなどが使用可能である。本実施形態ではアルコール濃度センサ３４が燃料配管３１に設けられているが、燃料タンク３２やデリバリパイプ３０等、燃料経路中のあらゆる部位に設置することが可能である。
【０１３４】
なお、ここでは燃料のアルコール濃度をアルコール濃度センサ３４により直接検出するが、これを推定するようにしてもよい。当該推定方法は既に公知であり、例えば特開２００７−３０３３８９号公報、特開２００９−２２２０１４号公報、特開２００９−２２８５９２号公報の手法が採用可能である。またアルコール濃度の検出値または推定値をＥＣＵ２０に学習することも考えられるが、当該学習値に基づいてアルコール濃度補正を行うことも可能である。
【０１３５】
図１７を用いて、アルコール濃度補正を伴う気筒間空燃比ばらつき異常検出ルーチンについて説明する。このルーチンはＥＣＵ２０により所定の演算周期毎に繰り返し実行される。
【０１３６】
ステップＳ３０１，Ｓ３０２は図９に示した前記ステップＳ１０１，Ｓ１０２と同様である。ステップＳ３０３では、前記ステップＳ１０３と同様に吸入空気量Ｇａが積算されるが、推定空燃比Ａ／Ｆｅの積算は実行されない。つまりここでは平均空燃比に応じた補正は行われない。但しこれを行うようにしてもよい。ステップＳ３０４は前記ステップＳ１０３と同様である。ステップＳ３０４において、積算吸入空気量ΣＧａが所定値Ｘ以上に達したか否かが判断され、達していなければルーチンが終了され、達していればステップＳ３０５に進む。
【０１３７】
ステップＳ３０５では、前記ステップＳ１０５と同様、触媒温度差ΔＴｃおよび吸入空気量Ｇａの積算が終了される。そしてその時点での積算触媒温度差ΣΔＴｃの値が、触媒劣化パラメータとしての酸素吸蔵容量ＯＳＣの値と、燃料のアルコール濃度の値とに基づき、補正される。
【０１３８】
酸素吸蔵容量ＯＳＣの値に基づく補正の方法は前述した通りであり、酸素吸蔵容量ＯＳＣの値に対応した補正係数Ｋ１が図１０に示したようなマップから算出される。
【０１３９】
燃料のアルコール濃度の値に基づく補正については、図１８に示すような予めＥＣＵ２０に記憶されたマップから、アルコール濃度センサ３４により検出されたアルコール濃度ＡＬ（例えばエタノール濃度）に対応した補正係数Ｋ３が求められる。補正係数Ｋ３は積算触媒温度差ΣΔＴｃに乗じられる補正値である。図から分かるように、アルコール濃度が高いほど補正係数Ｋ３が小さくなり、積算触媒温度差ΣΔＴｃがより小さな値に補正される。これは前述したように、アルコール濃度が高いほど触媒温度の上昇速度が速くなるのでこれを補償するためである。図示例では、アルコール濃度ＡＬが０（％）のとき（つまりガソリン燃料使用時）にＫ３＝１．０とされ、アルコール濃度ＡＬが０（％）から高くなるにつれ、Ｋ３が１．０から小さくなるようにされている。
【０１４０】
こうして補正係数Ｋ１，Ｋ３が求められたら、次式（５）により、補正後の積算触媒温度差ΣΔＴｃ’が算出される。
【０１４１】
【数５】
0005402903.tif 000006
【０１４２】
この後のステップＳ３０６〜Ｓ３０８は前記ステップＳ１０６〜Ｓ１０８と同様である。なお酸素吸蔵容量ＯＳＣに基づく補正を行わない変形例も可能である。
【０１４３】
ところで、燃料タンク３２内の既存の燃料に対しアルコール濃度の異なる新たな燃料が燃料タンク３２内に給油されると、燃料タンク３２内の燃料のアルコール濃度が変化する。この給油ないし燃料交換の直後にはまだ燃料配管３１、デリバリパイプ３０およびインジェクタ１２内に給油前の燃料が残っており、暫くの間内燃機関の運転を続け、インジェクタ１２から燃料を噴射し燃料を消費した後でないと、給油前の燃料の影響が無くならない。
【０１４４】
特に、アルコール濃度センサ３４により給油後の燃料のアルコール濃度が検出され、インジェクタ１２から給油前の燃料が噴射されている状態だと、実際に噴射されている燃料のアルコール濃度が検出されている燃料のアルコール濃度と相違する。こうした状態でアルコール濃度補正を行うと補正が不適切となり、誤判定や誤検出を招く虞がある。
【０１４５】
そこで、燃料給油後の所定期間内は診断を禁止あるいは保留するのが好ましい。こうすることでかかる誤判定や誤検出を未然に防止することができる。
【０１４６】
具体的には、前記ステップＳ３０１（図１７）において、燃料給油後の所定期間が経過していることを前提条件成立のための条件に含める。燃料給油の次のエンジン始動時から、所定量の燃料を消費し給油前の燃料の影響が無くなる（すなわち実際に噴射されている燃料のアルコール濃度と検出されている燃料のアルコール濃度とが一致する）までの期間を、所定期間とするのが好ましい。所定期間は、単純にエンジン始動時からの時間で規定してもよいし、エンジン始動時から噴射された燃料量の積算値で規定してもよい。燃料が給油されたか否かの判断は、燃料残量センサ３５の検出値が所定値以上増大したか否かを判断することにより可能である。
【０１４７】
このように、燃料給油直後の冷間始動時における診断を禁止あるいは保留した場合、検出機会確保の観点から、内燃機関の暖機終了後にばらつき異常検出を実施するのが好ましい。そこで以下に暖機終了後の検出の一例を説明する。
【０１４８】
［暖機終了後の気筒間空燃比ばらつき異常検出］
当該検出は、概略的に述べると、内燃機関の暖機終了後に、触媒温度の検出値と、機関運転状態に基づき推定された触媒温度の推定値とに基づき、気筒間空燃比ばらつき異常を検出するものである。
【０１４９】
気筒間空燃比ばらつきが発生すると触媒温度が上昇し、ばらつき度合いが大きいほど触媒温度の上昇度合いも大きいことは前述した通りである。ここでは、触媒温度検出手段としての温度センサ２１により実際の触媒温度を検出する一方、触媒温度推定手段としてのＥＣＵ２０により機関運転状態に基づき触媒温度を推定する。推定された触媒温度は気筒間空燃比のばらつき度合いに無関係な値であり、他方、検出された触媒温度は気筒間空燃比のばらつき度合いを反映した値である。気筒間空燃比ばらつき異常が発生すると、両者が比較的大きく乖離するので、このことを利用し、触媒温度の検出値と推定値に基づいて気筒間空燃比ばらつき異常を検出する。
【０１５０】
まず触媒温度推定について説明する。図１９に、上流触媒１１の温度を推定するためのルーチンを示す。このルーチンはＥＣＵ２０により所定の演算周期毎に繰り返し実行される。
【０１５１】
まずステップＳ４０１では、触媒温度推定のための所定の前提条件が成立しているか否かが判断される。例えば、エンジンが始動後で、且つ図示しない水温センサで検出された水温が所定温度（例えば−４０℃）より高いと、前提条件成立となる。なお前提条件についてはこの例に限られない。前提条件が成立していない場合にはルーチンが終了され、他方、前提条件が成立している場合にはステップＳ４０２に進む。
【０１５２】
ステップＳ４０２においては、前回のルーチン実行時（ｎ−１）に算出された触媒温度の推定値、即ち推定触媒温度Ｔｅ（ｎ−１）の値が取得される。
【０１５３】
次いでステップＳ４０３においては、今回のルーチン実行時（ｎ）における、排気ガスからの供給熱による触媒温度変化量Ａ（ｎ）が算出される。この触媒温度変化量Ａ（ｎ）は次式（６）により求められる。
【０１５４】
【数６】
0005402903.tif 000007
【０１５５】
Ｌ１は適合等によって定め得る所定値である。Ｌ２は所定のなまし率であり、１より大きい値として予め設定される。Ｂは吸入空気量Ｇａに応じて変化するパラメータ（空気量パラメータ）であり、予め定められたマップ（関数でも良い。以下同様。）に従い、エアフローメータ５（吸入空気量検出手段）により検出された吸入空気量Ｇａの値に基づき決定される。吸入空気量Ｇａの値が大きいほど大きな空気量パラメータＢの値が得られる。この空気量パラメータＢがエンジン運転状態を表す主なパラメータである。ここでは、第２項の大括弧内の値、即ち空気量パラメータＢに基づき算出された今回の温度変化分を、なまし率Ｌ２によりなまして前回の触媒温度変化量Ａ（ｎ−１）に加算し、今回の触媒温度変化量Ａ（ｎ）を求めている。エンジン運転状態が変化してもその影響が触媒温度に反映されるまでに時間差があるので、これに対応してかかるなまし演算を行っている。
【０１５６】
次いで、ステップＳ４０４においては、今回のルーチン実行時（ｎ）における、触媒内反応熱による触媒温度変化量Ｃ（ｎ）が算出される。この触媒温度変化量Ｃ（ｎ）は次式（７）により求められる。
【０１５７】
【数７】
0005402903.tif 000008
【０１５８】
Ｌ３は適合等によって定め得る所定値である。Ｌ４は所定のなまし率であり、１より大きい値として予め設定される。Ｄは推定触媒温度Ｔｅに応じて変化するパラメータ（推定温パラメータ）であり、予め定められたマップに従い、ステップＳ４０２で取得された前回の推定触媒温度Ｔｅ（ｎ−１）の値に基づき決定される。推定触媒温度Ｔｅの値が大きいほど大きな推定温パラメータＤの値が得られる。ここでもステップＳ４０３同様、第２項の大括弧内の値、即ち推定温パラメータＤに基づき算出された今回の温度変化分を、なまし率Ｌ４によりなまして前回の触媒温度変化量Ｃ（ｎ−１）に加算し、今回の触媒温度変化量Ｃ（ｎ）を求めている。
【０１５９】
次いで、ステップＳ４０５においては、今回のルーチン実行時（ｎ）における、触媒からの放射熱による触媒温度変化量Ｅ（ｎ）が算出される。この触媒温度変化量Ｅ（ｎ）は次式（８）により求められる。
【０１６０】
【数８】
0005402903.tif 000009
【０１６１】
Ｌ５は適合等によって定め得る所定値である。Ｔａは外気温であり、図示しない外気温センサにより検出される値である。Ｆは、エンジンが搭載される車両の速度（即ち車速）Ｖｈに応じて変化するパラメータ（車速パラメータ）であり、予め定められたマップに従い、図示しない車速センサにより検出された車速Ｖｈの値に基づき決定される。車速Ｖｈの値が大きいほど大きな車速パラメータＦの値が得られる。外気温Ｔａが低いほど、また車速Ｖｈが高いほど、大きな触媒温度変化量Ｅ（ｎ）が得られる。
【０１６２】
次いで、ステップＳ４０６においては、今回のルーチン実行時（ｎ）における、推定触媒温度Ｔｅ（ｎ）が算出される。この推定触媒温度Ｔｅ（ｎ）は次式（９）により求められる。こうして今回のルーチンが終了となる。
【０１６３】
【数９】
0005402903.tif 000010
【０１６４】
以上の推定方法から分かるように、推定触媒温度Ｔｅは気筒間空燃比ばらつき度合いに無関係な値であり、気筒間空燃比ばらつき異常が発生していても、それが発生していないときと同じ値になる。よって、推定触媒温度Ｔｅを基準とした、温度センサ２１により検出された触媒温度（検出触媒温度Ｔｓ）の乖離度合いを検出することにより、気筒間空燃比ばらつき異常の有無を判定することが可能である。
【０１６５】
次に、図２０を用いて、暖機終了後の気筒間空燃比ばらつき異常を検出するためのルーチンについて説明する。このルーチンはＥＣＵ２０により所定の演算周期毎に繰り返し実行される。
【０１６６】
まずステップＳ５０１では、異常検出を行うのに適した所定の前提条件が成立しているか否かが判断される。この前提条件は、例えば、エンジンの暖機が終了しており、触媒前後のセンサ１７，１８が活性化しており、且つ上下流の触媒１１，１９が活性化しているときに成立となる。エンジン暖機終了の条件は例えば検出水温が所定値（例えば７５℃）以上となっていることであり、これは図１４における時刻ｔ２以降の期間が該当する。触媒前後センサ活性化の条件は、ＥＣＵ２０により検出される両センサのインピーダンスがそれぞれ所定の活性温度相当の値になっていることである。上下流触媒活性化の条件は、両触媒の推定触媒温度が所定の活性温度になったことである。なお下流触媒１９の推定触媒温度は図示しない別ルーチンにより算出される。
【０１６７】
前提条件が成立していない場合、ルーチンが終了される。他方、前提条件が成立している場合、ステップＳ５０２において、温度センサ２１により検出された上流触媒１１の温度、即ち検出触媒温度Ｔｓの値が取得される。
【０１６８】
次いでステップＳ５０３において、図１９の触媒温度推定ルーチンにより推定された上流触媒１１の温度、即ち推定触媒温度Ｔｅの値が取得される。
【０１６９】
次のステップＳ５０４では、ステップＳ５０２及びＳ５０３でそれぞれ取得された検出触媒温度Ｔｓ及び推定触媒温度Ｔｅの値がそれぞれ積算される。即ち、前提条件成立時以降、ルーチン実行時毎に検出触媒温度Ｔｓ及び推定触媒温度Ｔｅの値がそれぞれ個別に積算されるようになっている。今回のルーチン実行時には、前回のルーチン実行時まで積算された検出触媒温度Ｔｓ及び推定触媒温度Ｔｅの積算値に、今回取得された検出触媒温度Ｔｓ及び推定触媒温度Ｔｅの値が足し込まれ、今回の検出触媒温度Ｔｓ及び推定触媒温度Ｔｅの積算値ΣＴｓ、ΣＴｅが算出される。
【０１７０】
次に、ステップＳ５０５では、前記ステップＳ１０３（図９）と同様、エアフローメータ５の検出値である吸入空気量Ｇａが積算される。
【０１７１】
次のステップＳ５０６では、積算吸入空気量ΣＧａが所定値Ｘｓ以上に達したか否かが判断される。達していなければルーチンが終了され、達していればステップＳ５０７に進む。
【０１７２】
ステップＳ５０７では、検出触媒温度Ｔｓ、推定触媒温度Ｔｅおよび吸入空気量Ｇａの積算が終了される。そして最終的な検出触媒温度及び推定触媒温度の積算値ΣＴｓ、ΣＴｅ同士の差（絶対値）ＴＤ＝｜ΣＴｓ−ΣＴｅ｜が算出される。さらにこの差ＴＤが、ステップＳ３０５（図１７）で行われたのと同じように、触媒劣化パラメータとしての酸素吸蔵容量ＯＳＣの値と、燃料のアルコール濃度の値とに基づき、補正される。酸素吸蔵容量ＯＳＣの値に基づく補正は前述した通りであり、酸素吸蔵容量ＯＳＣの値に対応した補正係数Ｋ４が、図１０に類似の所定のマップから算出される。ここで暖機終了の前後という条件の違いがあることから、補正係数Ｋ４を算出するためのマップには、図１０のマップと比較して、傾向は同じだが異なる値が入力されている。
【０１７３】
燃料のアルコール濃度の値に基づく補正については、図２１に示すような予めＥＣＵ２０に記憶されたマップから、アルコール濃度センサ３４により検出されたアルコール濃度ＡＬ（例えばエタノール濃度）に対応した補正係数Ｋ５が求められる。図から分かるように、アルコール濃度が高いほど補正係数Ｋ５が大きくなり、差ＴＤがより大きな値に補正される。これは、図１４に示すように、暖機終了後（ｔ２以降）には冷間始動直後（ｔ０〜ｔ１）とは逆に、アルコール濃度が高いほど排気温度および触媒温度が低くなる傾向にあるからである。図２１に示すマップでは、アルコール濃度ＡＬが０（％）のとき（つまりガソリン燃料使用時）にＫ５＝１．０とされ、アルコール濃度ＡＬが０（％）から高くなるにつれ、Ｋ５が１．０から大きくなるようにされている。
【０１７４】
こうして補正係数Ｋ４，Ｋ５が求められたら、次式（１０）により、補正後の差ＴＤ’が算出される。
【０１７５】
【数１０】
0005402903.tif 000011
【０１７６】
次に、ステップＳ５０８において、補正後の差ＴＤ’が所定の異常判定値ＴＤｓと比較される。異常判定値ＴＤｓは、一部気筒の燃料系（例えばインジェクタ１２）等の故障により、気筒間空燃比ばらつきが許容できないほどに大きくなったとき（或いはインバランス割合が許容できないほどに０％から大きくずれたとき）の検出触媒温度及び推定触媒温度の積算値ΣＴｓ、ΣＴｅの差に等しい値として予め設定されている。
【０１７７】
補正後の差ＴＤ’が異常判定値ＴＤｓより小さい場合、ステップＳ５１１において、気筒間空燃比ばらつき異常無し、つまり正常と判定され、ルーチンが終了される。
【０１７８】
他方、補正後の差ＴＤ’が異常判定値ＴＤｓ以上の場合、ステップＳ５０９において気筒間空燃比ばらつき異常ありと判定される。なおこの異常判定と同時に、異常の事実をユーザに知らせるべくチェックランプ等の警告装置を起動させるのが好ましい。次いでステップＳ５１０において、前記ステップＳ１０８と同様、以降のアクティブ空燃比制御が禁止され、ルーチンが終了される。
【０１７９】
アルコール濃度補正に関しては、差ＴＤの代わりに異常判定値ＴＤｓを補正してもよい。この場合、燃料のアルコール濃度ＡＬが高いほど、異常判定値ＴＤｓを小さくするよう補正する。またこの暖機終了後のばらつき異常検出は、燃料給油直後の冷間始動時の検出を禁止あるいは保留した場合のみならず、単にエンジンの暖機終了後に単独で実施することも可能である。
【０１８０】
なお、燃料タンク３２内の既存の燃料に対しアルコール濃度の異なる新たな燃料が燃料タンク３２内に給油されると、前述したように、給油直後の暫くの間、アルコール濃度センサ３４により検出される燃料のアルコール濃度と、インジェクタ１２から噴射される燃料のアルコール濃度とが異なり、アルコール濃度補正を正確に行えない状態が続く。そこでこの間は、暖機終了後のばらつき異常検出を禁止あるいは保留するのが好ましい。こうすることで誤判定や誤検出を未然に防止することができる。
【０１８１】
以上、本発明の好適な実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば、触媒温度を検出する温度センサの数は一つに限定されない。また吸入空気量、外気温及び車速以外のパラメータを用いて触媒温度を推定することも可能である。
【０１８２】
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【０１８３】
１  内燃機関
３  燃焼室
５  エアフローメータ
６  排気管
１１  上流触媒
１２  インジェクタ
１４  排気マニフォールド
１７  触媒前センサ
１８  触媒後センサ
２０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２１  温度センサ
２２  水温センサ
Ｔｃ  触媒温度
ΣΔＴｃ  積算触媒温度差
ＯＳＣ  酸素吸蔵容量
Ａ／Ｆａｖ  平均空燃比
Ｑ  燃料噴射量
ＡＬ  アルコール濃度
【図１】
0005402903.tif 000012
【図２】
0005402903.tif 000013
【図３】
0005402903.tif 000014
【図４】
0005402903.tif 000015
【図５】
0005402903.tif 000016
【図６】
0005402903.tif 000017
【図７】
0005402903.tif 000018
【図８】
0005402903.tif 000019
【図９】
0005402903.tif 000020
【図１０】
0005402903.tif 000021
【図１１】
0005402903.tif 000022
【図１２】
0005402903.tif 000023
【図１３】
0005402903.tif 000024
【図１４】
0005402903.tif 000025
【図１５】
0005402903.tif 000026
【図１６】
0005402903.tif 000027
【図１７】
0005402903.tif 000028
【図１８】
0005402903.tif 000029
【図１９】
0005402903.tif 000030
【図２０】
0005402903.tif 000031
【図２１】
0005402903.tif 000032